[发明专利]一种规整填料和填料层结构及其应用

说明书

本发明提供了一种规整填料及填料层结构，并将其应用于分离粘度较小或表面张力较大的物质，其中规整填料由丝网条片进行波纹冲压、裁剪、捆绑而成，所述丝网条片由螺旋缠绕型双股丝线编织而成，丝网条片为非均一编织密度结构，包括位于丝网条片两侧且宽度为a的高编织密度区域和位于丝网条片中部的低编织密度区域，构成密‑疏‑密结构的编织密度区域分布。与现有技术相比，本发明在无防壁流圈的前提下，从改进编织丝线的结构、改进丝网条片的编织结构两方面解决了壁流问题和对低粘度或高表面张力物料分离效果差的问题；采用纵向防壁流结构替代横向结构，增加了防壁流区域，提高了防壁流效果，杜绝了气相在填料外壁与塔内壁之间的间隙流动。

技术领域

本发明涉及精馏技术领域，尤其是涉及一种规整填料和填料层结构及其应用。

背景技术

规整填料不同于散堆填料，其是一种呈几何外形的、在塔内按均匀几何图形排布的、整齐堆砌的填料，外侧通常由上下两圈具有一定宽度的箍圈固定，每盘高 40mm～300mm。其规定并改善了气液流路，减小了压降，但同时可以提供更多的比表面积，从而达到更高的传质、传热效果。因此，自上世纪出现规整填料以来，便得到关注。规整填料可根据填料条片的形状分为波纹型和非波纹型，其中波纹型的填料条片具有规律的波峰波谷变化，该类型的规整填料应用最为广泛。

经过30多年的发展，波纹型规整填料发生了多方面的改进，衍生出了孔板波纹填料、丝网波纹填料、网孔波纹填料、网板波纹填料等多种型式，其中丝网波纹填料以结构简单、分离效果显著而应用在各大化工领域。丝网波纹填料由垂直排列的波纹丝网条片组成，呈圆柱形盘状，相邻两片波纹方向相反，可在波纹片上间隔一定距离开孔。波纹丝网条片由丝网通过冲压出规律的波纹制成。丝网通过金属单丝使用平纹编织、斜纹编织或密纹编织等方法编织而成。显而易见，相比同型号的板波纹等其他波纹填料，丝网波纹填料具有更高的比表面积，对液相的润湿能力更高，更易成膜，所以具有更好的分离效果。

随着填料的改进，丝网波纹填料的比表面积越来越高，在分离效率不断提高的同时，随之而来的精馏塔壁流现象对分离效率的影响也越来越大。壁流是指塔内液相在接触塔壁后，直接顺着塔壁向下流动的情况。壁流的大小直接决定了流向填料表面的液量，液量的减少将减薄液膜厚度，严重时导致填料润湿不均匀，从而大大降低填料原本的分离效果。目前，业内普遍采用在规整填料的外部增加丝网的防壁流圈来减少壁流现象。因其防壁流区域为水平方向，故可将其称为横向防壁流结构。 CN104275144A公布了一种常见的防壁流圈设计，每盘填料安装一圈具有外翻边结构的防壁流圈，填料的外侧通过防壁流圈与塔壁接触，当塔壁上的液体向下流动接触防壁流圈时，防壁流圈将会引导液体重新流回填料表面。但是因防壁流圈的结构特点，使用时填料的外径必定略小于精馏塔的内径。

由于防壁流圈简单的结构、显而易见的作用原理和实践证明的效果，在其第一次出现后，变得到业内的普遍认可。CN1125673C认为防壁流圈可以减少壁流现象，从而理所当然地认为防壁流圈可以提高填料的分离效率，这也是业内一致的看法，而且对于分离所有物质都持有上述观点。但是，防壁流圈减少壁流现象与提高填料的分离效果之间并没有严谨的因果关系，因为其中存在着业内认知的一个误区：认为防壁流圈的存在对分离带来的不利影响远小于有利影响。

对于粘度较小或表面张力较大的物质，尤其在塔内径不大于1000mm的情况下，现有填料四周设置的防壁流圈的存在不但未能理想地减少壁流现象，而且还加重了塔内气液相分布的不均衡，导致更加少的液相和气相在填料表面进行良好地接触，再加之对于上述物质填料自身效率的下降，最终导致实际分离效果与填料标称的分离效果相差甚远，有时实际效果甚至只有30％。而目前业内解决该问题的方法为增加填料高度，并没有根本上解决问题，且会增加塔高、成本及制造安装的难度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种规整填料及应用，在不安装防壁流圈的前提下，从改进编织丝线的结构、改进丝网条片的编织结构两方面解决了壁流问题和对低粘度或高表面张力物料分离效果差的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：